DE10237515A1 - Stack-shaped photoelectric converter - Google Patents
Stack-shaped photoelectric converterInfo
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Abstract
Es wird eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung vorgeschlagen, welche aufweist mindestens zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht angeordnet sind. Es ist mindestens eine Zwischenschicht zwischen je zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten angeordnet, wobei die Zwischenschicht unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite und auf der Lichtausgangsseite aufweist. Die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite besitzt einen größeren mittleren Höhenunterschied oder Niveauunterschied als die unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite.There is proposed a stacked type photoelectric conversion device having at least two photoelectric conversion element layers disposed between a first electrode layer and a second light receiving layer. At least one intermediate layer is disposed between each two of the at least two photoelectric conversion element layers, wherein the intermediate layer has uneven surface on the light receiving side and on the light output side. The uneven surface on the light output side has a larger mean height difference or level difference than the uneven surface on the light receiving side.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler. The present invention relates to a stacked photoelectric converter.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung mit einer Mehrzahl fotoelektrischer Wandlerelementschichten. Die stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung kann auf effektive Art und Weise Licht eines breiteren Wellenlängenbereichs nutzbar machen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist daher besonders für stapelförmige Solarzellen oder dergleichen geeignet. The present invention relates in particular to a stacked photoelectric conversion device with a Plurality of photoelectric conversion element layers. The stacked photoelectric conversion device can on effective way light of a wider wavelength range make useful. The device according to the invention is therefore especially for stacked solar cells or the like suitable.
Durch Bezugnahme auf die prioritätsbegründende japanische Patentanmeldung Nr. 2001-255131 seien deren Inhalt und deren Offenbarung hier explizit mit aufgenommen. Im Folgenden werden die Begriffe Wandler und Wandlereinrichtung synonym verwendet. Das gleiche gilt für die Begriffe Zwischenschicht und intermediäre Schicht. By reference to the priority Japanese Patent Application No. 2001-255131 are their content and their Revelation here explicitly included. Hereinafter The terms converter and converter device become synonymous used. The same applies to the terms intermediate layer and intermediate layer.
Heutzutage werden hauptsächlich Siliziumsolarzellen unter Verwendung kristallinen Siliziumsubstrats eingesetzt. Jedoch sind Dünnschichtsolarzellen mit einer dünnen Siliziumschicht, welche auf einer Glas- oder Metallplatte abgeschieden ist, in der Entwicklung begriffen und zwar mit der Zielsetzung, die Herstellungskosten und den Einsatz oder Aufwand an Siliziummaterialien zu reduzieren. Andererseits sind vom Standpunkt der strukturellen Eigenschaften der Einrichtungen stapelartige Solarzellen oder stapelförmige Solarzellen in der Entwicklung begriffen, um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern und dadurch die Kosten in Bezug auf die erzeugte Leistungsabgabe zu senken. Today, mainly silicon solar cells are under Use of crystalline silicon substrate used. however are thin film solar cells with a thin one Silicon layer, which on a glass or metal plate is isolated, developing and with the Objective, the cost and use or Reduce the expense of silicon materials. on the other hand are from the standpoint of structural properties of Devices stacked solar cells or stacked Solar cells in the development conceived to the to improve photoelectric conversion efficiency and thereby the cost in relation to the generated power output too reduce.
Eine stapelförmige Solarzelle weist eine Mehrzahl fotoelektrischer Wandlerelementschichten auf (pn-Verbindungs- oder Übergangsschichten, welche der Einfachheit halber als fotoelektrische Wandlerelemente bezeichnet werden), welche stapelförmig angeordnet und elektrisch in Serie oder in Reihe miteinander verbunden sind. Gewöhnlich werden Halbleitermaterialien als fotoelektrische Umwandlungselemente oder fotoelektrische Wandlerelemente in absteigender Reihenfolge in Bezug auf die Halbleiterbandlücke (Eg) von der Lichtempfangsseite aus angeordnet. Diese Anordnung oder Struktur ermöglicht der stapelförmigen Solarzelle eine Lichtabsorption in einem breiteren Wellenlängenbereich von kürzeren Wellenlängen zu längeren Wellenlängen hin. Es wird eine Ausgangsspannung oder Ausgabespannung erreicht, die sich als Summe der Ausgänge oder Ausgangsspannungen der fotoelektrischen Elemente darstellt. Es wird dabei ein Strom oder Stromwert erreicht, welcher absinkt, so dass der Abfall oder Verlust in Bezug auf den Innenwiderstand stark reduziert ist. A stacked solar cell has a plurality Photoelectric transducer element layers on (pn connection or Transition layers, which for the sake of simplicity as photoelectric conversion elements are called), which stacked and electrically in series or in Row are connected together. Usually will Semiconductor materials as photoelectric conversion elements or Photoelectric conversion elements in descending order with respect to the semiconductor band gap (Eg) of the Light receiving side from arranged. This arrangement or structure allows the stacked solar cell a Light absorption in a broader wavelength range of shorter Wavelengths towards longer wavelengths. It will be one Output voltage or output voltage reached, which is as Sum of the outputs or output voltages of the represents photoelectric elements. It is doing a stream or Current value reached, which decreases, so that the waste or Loss greatly reduced in terms of internal resistance is.
Bei stapelförmigen oder stapelartigen Solarzellen passiert das einfallende Licht, zum Beispiel das Sonnenlicht, die übereinander gestapelten oder übereinander geschichteten fotoelektrischen Wandlerelemente, während es mit steigender Wellenlänge oder steigender Ordnung der Wellenlänge absorbiert wird. Daher sind das Strukturdesign und die Herstellungsschritte derartiger Elemente sehr kompliziert, jeweils im Vergleich zu Solarzellen mit nur einem Übergang oder mit so genannter Unijunction-Struktur. Insbesondere da die fotoelektrischen Wandlerelemente miteinander seriell verbunden sind, ist der während des Betriebs der stapelförmigen oder stapelartigen Solarzelle erzeugte elektrische Strom durch die Kurzschlussstromdichte desjenigen Teils der fotoelektrischen Wandlerelemente begrenzt oder limitiert, welcher den niedrigsten Strom generiert. Daher ist es vergleichsweise schwierig, einen hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen. For stacked or stacked solar cells happened the incoming light, for example, the sunlight, the stacked or stacked one above the other photoelectric conversion elements while increasing with increasing Wavelength or increasing order of the wavelength is absorbed. Therefore, the structural design and the Manufacturing steps of such elements very complicated, respectively compared to solar cells with only one transition or with so-called unijunction structure. Especially since the Photoelectric converter elements with each other serially connected during operation of the stacked or stack-type solar cell generated electric power by the short-circuit current density of that part of the limited or limited to photoelectric conversion elements, which generates the lowest current. Therefore, it is comparatively difficult, a high photoelectric Achieve conversion efficiency.
In diesem Zusammenhang schlägt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 11 (1999)-214728 eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung vor, bei welcher ein texturierter Aufbau (das heißt eine unebene Oberfläche) verwendet wird. Dabei wird insbesondere eine dünne Siliziumschicht vom Tandemtyp (stapelartig oder stapelförmig) für die Bildung der fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet und zwar mit einer ersten fotoelektrischen Wandlereinrichtung aus einer dünnen Siliziumschicht mit einem mikrokristallinem Siliziumsubstrat und einer zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit aus einer dünnen amorphen Silizium- Germanium-Schicht (auf der Lichtempfangsseite), wobei die erste fotoelektrische Wandlereinheit eine texturierte Struktur aufweist, das heißt eine feine oder leichte Unebenheit auf der oberen Oberfläche davon. Diese fotoelektrische Wandlereinrichtung ist darauf gerichtet, sowohl die Kosten zu reduzieren als auch den Betrieb zu verbessern. In this context, the unaudited Japanese suggests Patent Publication No. Hei 11 (1999) -214728 stacked photoelectric transducer device in which a textured structure (ie an uneven surface) is used. In this case, in particular, a thin Silicon layer of tandem type (stacked or stacked) for the formation of the photoelectric conversion device used with a first photoelectric Converter device made of a thin silicon layer with a microcrystalline silicon substrate and a second Photoelectric conversion unit made of a thin amorphous silicon Germanium layer (on the light receiving side), wherein the first photoelectric conversion unit a textured Having structure, that is a fine or light Rub on the upper surface of it. This photoelectric Converter device is aimed at both the cost to reduce as well as to improve the operation.
Gemäß diesem Stand der Technik kann erwartet werden, dass die feine Unebenheit der oberen Oberfläche der ersten fotoelektrischen Wandlereinheit einen so genannten optischen Confinementeffekt oder optischen Abgeschlossenheitseffekt mit sich bringt. Das heißt eine Steigerung der optischen Pfadlänge in der zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit. Jedoch kann eine Grenzflächenreflexion nicht erwartet werden, weil die Brechungsindizes oder Refraktionsindizes der ersten und der zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit sehr ähnlich oder sehr dicht zueinander benachbart sind. Daher wird Licht, welches auf die zweite fotoelektrische Wandlereinheit einfällt und durch diese passiert, ohne darin absorbiert zu werden, nicht an der Grenzfläche reflektiert und fällt somit auf die erste fotoelektrische Wandlereinheit und wird dort absorbiert. Dies ist problematisch, weil die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen oder stapelartigen Solarzelle begrenzt oder limitiert ist und zwar in Abhängigkeit vom Lichtabsorptionsvermögen der zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit. According to this prior art, it can be expected that the fine unevenness of the upper surface of the first Photoelectric converter unit a so-called optical Confinement effect or optical seclusion effect brings with it. That means an increase of the optical Path length in the second photoelectric conversion unit. However, interfacial reflection is not expected because the refractive indices or refractive indices the first and the second photoelectric conversion unit are very similar or very close to each other. Therefore, light which is on the second photoelectric Transducer unit invades and passes through them, without it to be absorbed, not reflected at the interface and thus falls on the first photoelectric conversion unit and is absorbed there. This is problematic because of the Short circuit current density of stacked or stacked Solar cell is limited or limited, namely in Dependence on the light absorption capacity of the second Photoelectric conversion unit.
Das japanische Patent Nr. 2738557 offenbart eine mehrschichtige Solarzelle mit einer Zwischenschicht oder einer so genannten intermediären Schicht (selektive Reflexionsschicht), welche zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementen angeordnet oder eingefügt ist. Die Stärke der Zwischenschicht wird derart geeignet gewählt, dass einfallendes Licht selektiv reflektiert wird oder gemäß der Wellenlängenanpassung mit den spektralen Empfindlichkeiten der fotoelektrischen Wandlerelemente hindurch passiert. Jedoch wird bei diesem Stand der Technik auf der Oberfläche der Zwischenschicht, welche zwischen den fotoelektrischen Wandlerschichten eingefügt ist, keine Unebenheit berücksichtigt. Daher kann nicht erwartet werden, dass die Kurzschlussstromdichte aufgrund einer Steigerung der optischen Pfadlänge oder optischen Weglänge bei diesem fotoelektrischen Wandlerelement gesteigert wird. Japanese Patent No. 2738557 discloses a multilayer solar cell with an intermediate layer or so mentioned intermediate layer (selective Reflection layer), which between the photoelectric Transducer elements is arranged or inserted. The strength of Interlayer is chosen so suitable that incident Light is selectively reflected or according to the Wavelength matching with the spectral sensitivities of the Photoelectric transducer elements passes through. However, it will in this prior art on the surface of the Interlayer, which is between the photoelectric Transducer layers is inserted, no unevenness taken into account. Therefore, it can not be expected that the Short circuit current density due to an increase in the optical path length or optical path length in this photoelectric Transducer element is increased.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stapelförmigen Wandler anzugeben, welcher verbesserte Charakteristika aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandlereinrichtung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Unteransprüche. The invention is based on the object, a to provide stacked transducer, which improved characteristics having. Advantageous developments of the invention Photoelectric conversion means are the subject of respective dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler oder eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere wird die Aufgabe durch Steigern der externen Stromdichte gelöst, wodurch sich eine besondere Eignung für eine oder als eine stapelförmige oder stapelartige Solarzelle ergibt. The problem is solved by a stack-shaped photoelectric converter or a stacked photoelectric Converter device according to the invention with the characterizing Features of claim 1. In particular, the task solved by increasing the external current density, resulting in a particular suitability for one or as a stacked or stacked solar cell results.
Erfindungsgemäß wird eine stapelförmige oder stapelartige fotoelektrische Wandlereinrichtung oder ein stapelförmiger oder stapelartiger fotoelektrischer Wandler geschaffen, welcher zumindest zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten aufweist, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist. Des Weiteren ist mindestens eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht, insbesondere sandwichartig oder schichtartig, zwischen zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten angeordnet. Dabei besitzt die intermediäre oder Zwischenschicht unebene Oberflächen auf einer Lichtempfangsseite und einer Lichtausgangsseite. Die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite besitzt eine mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz, die größer oder stärker ist als die auf der Lichtempfangsseite. According to the invention, a stacked or stacked Photoelectric conversion device or a stacked or stacked photoelectric transducer created, which at least two photoelectric Transducer element layers which, between a first electrode layer and a light-receiving second electrode layer is arranged. Furthermore, at least one Interlayer or intermediate layer, in particular sandwiched or layered, between two of the at least two arranged photoelectric transducer element layers. there owns the intermediate or intermediate layer uneven Surfaces on a light receiving side and a Light output side. The uneven surface on the Light output side has a mean or average height difference or Level difference that is greater or stronger than that on the Light-receiving side.
Diese und weitere Zielsetzungen und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich in größerem Detail und mit besserem Verständnis auf der Grundlage der nachfolgenden Beschreibung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die nachfolgende Detailbeschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung repräsentiert, die ausschließlich der Illustration dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen. Verschiedene Abänderungen und Modifikationen sind dabei denkbar, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung fortzuführen. These and other objectives and characteristics of the present invention will become apparent in more detail and with better understanding based on the following Description. It should be noted that the following detailed description of preferred embodiments represents the invention, exclusively the To serve illustration and not to limit the invention. Various modifications and modifications are included conceivable, without departing from the spirit of the present invention Invention continue.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Hereinafter, the present invention will be described with reference to a schematic drawing based on preferred Embodiments explained in more detail.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung darstellt (Beispiel 1). Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the stacked photoelectric conversion device of the present invention (Example 1).
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung darstellt (Beispiel 2). Fig. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the stacked photoelectric conversion device of the present invention (Example 2).
Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten des stapelförmigen elektrischen Wandlers verwendet wurde. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view showing a stacked photoelectric converter used in preliminary experiments for testing the stacked electric transducer.
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten einer zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet wurde. Fig. 4 is a schematic cross-sectional view showing a stacked photoelectric converter used in preliminary experiments for testing a second photoelectric conversion element layer.
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten der fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet wurde. Fig. 5 is a schematic cross-sectional view showing a stacked photoelectric converter used in preliminary experiments for testing the photoelectric conversion device.
Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten einer zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet wurde. Fig. 6 is a schematic cross-sectional view showing a stacked photoelectric converter used in preliminary experiments for testing a second photoelectric conversion element layer.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Ergebnisse von Vorexperimenten, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, ein Zusammenhang erläutert zwischen der unebenen Oberfläche der Zwischenschicht oder intermediären Schicht und der Kurzschlussstromdichte der dazu benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. First, referring to the results of Preliminary experiments, which are the inventors of the present An association was explained between the uneven surface of the intermediate layer or intermediate layer and short circuit current density of to adjacent photoelectric conversion element layer.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche benachbart ist zur ersten Elektrodenschichtseite der Zwischenschicht oder zu der Seite der Zwischenschicht, welche der ersten Elektrodenschicht benachbart ist, als erste fotoelektrische Wandlerelementschicht bezeichnet. Die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche benachbart ist zur zweiten Elektrodenschichtseite der Zwischenschicht oder zu der Seite der Zwischenschicht, welche der zweiten Elektrodenschicht benachbart ist, wird als zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht bezeichnet. In the following description, the photoelectric Transducer element layer which is adjacent to the first Electrode layer side of the intermediate layer or to the side the intermediate layer, which is the first electrode layer is adjacent, as the first photoelectric Called transducer element layer. The photoelectric Transducer element layer, which is adjacent to the second Electrode layer side of the intermediate layer or to the side of Intermediate layer, which the second electrode layer is adjacent, is called the second photoelectric Called transducer element layer.
Zwischen der ersten und zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ist die Zwischenschicht oder intermediäre Schicht mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite eingefügt. Dies ermöglicht eine Steigerung der Grenzflächenreflexion und der optischen Weglänge. Dadurch wird die Kurzschlussstromdichte der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verbessert. Da jedoch Licht längerer Wellenlänge, welches von der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht benötigt wird, auch an einer Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht oder intermediären Schicht und der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht reflektiert wird, tritt keine ausreichende Menge Licht in die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht ein. Diese Tatsache wurde mittels Experimente bestätigt. Between the first and second photoelectric Transducer element layer is the interlayer or intermediate Layer with an uneven surface on the Inserted light receiving side. This enables an increase of Interfacial reflection and the optical path length. This will the short-circuit current density of the second photoelectric Transducer element layer improved. However, because light is longer Wavelength, which from the first photoelectric Transducer element layer is needed, even at an interface between the intermediate layer or intermediate layer and the first photoelectric conversion element layer is reflected, no sufficient amount of light enters the first photoelectric conversion element layer. This Fact was confirmed by experiments.
Es wurden stapelförmige oder stapelartige fotoelektrische Wandlereinrichtungen, wie diejenige, die in Fig. 3 gezeigt ist, hergestellt, indem jede der Einrichtungen mit einer unebenen Oberfläche mit unterschiedlicher mittlerer oder gemittelter Niveaudifferenz oder Höhendifferenz (Ry) auf der Lichtempfangsseite der Zwischenschicht ausgebildet wurde. Dann wurden jeweils die Kurzschlussstromdichten der stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen gemessen. Auch wurden stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtungen, wie diejenigen, die in Fig. 4 dargestellt sind, hergestellt, und zwar unter Verwendung eines Siliziumsubstrats, und zwar anstelle der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Jede der Einrichtungen erhielt eine unebene Oberfläche mit unterschiedlichen gemittelten oder mittleren Höhenunterschieden oder Niveaudifferenzen (Ry) auf der Lichtempfangsseite der Zwischenschicht oder intermediären Schicht. Es wurden dann die Kurzschlussstromdichten der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschichten gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Stack-type or stack-type photoelectric conversion devices such as that shown in Fig. 3 were prepared by forming each of the devices having an uneven surface with a different mean or average level difference or height difference (Ry) on the light receiving side of the intermediate layer. Then, the short-circuit current densities of the stack-type or stacked photoelectric conversion devices were respectively measured. Also, stacked or stacked photoelectric conversion devices such as those shown in Fig. 4 were fabricated using a silicon substrate instead of the first photoelectric conversion element layer. Each of the devices received an uneven surface with different average or mean height differences or level differences (Ry) on the light-receiving side of the intermediate layer or intermediate layer. Then, the short-circuit current densities of the second photoelectric conversion element layers were measured. The results are shown in Table 1.
Die gemittelte oder mittlere Höhendifferenz oder Niveaudifferenz, auf welche im Rahmen der Erfindung Bezug genommen wird, ist diejenige, welche in JIS B0601 definiert ist (maximale Höhe; kann als Ry oder Rmax bezeichnet werden). Das heißt, dass ein Wert in µm spezifiziert wird, welcher erhalten wird durch Extrahieren einer Referenzlänge oder Bezugslänge (gewöhnlich ausgewählt aus den Werten 0,08 mm, 0,25 mm, 0,8 mm, 2,5 mm, 8 mm und 25 mm) aus einer Rauhigkeitskurve (roughness curve) in Richtung auf eine Mittellinie oder gemittelte Linie und durch Messen eines Abstandes oder Intervalls zwischen einer Höchstwertlinie oder Peaklinie (peak line) und einer Niedrigstwertlinie (bottom line) in der extrahierten Bezugslänge oder Referenzlänge in Richtung der Tiefe oder Tiefenvergrößerung (depth magnification) der Rauhigkeitskurve. The average or mean height difference or Level difference referred to in the context of the invention is the one defined in JIS B0601 (maximum height, can be called Ry or Rmax). That is, a value in microns is specified which is obtained by extracting a reference length or Reference length (usually selected from the values 0.08 mm, 0.25 mm, 0.8 mm, 2.5 mm, 8 mm and 25 mm) from one Roughness curve (roughness curve) towards one Centerline or averaged line and by measuring a distance or intervals between a peak line or Peak line and a bottom line in the extracted reference length or reference length in Direction of depth or depth enlargement (depth magnification) of the roughness curve.
Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zeigt, wie sie in Vorexperimenten für das Evaluieren oder Austesten der stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet wurde. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite aus sind übereinander stapelartige oder stapelförmig angeordnet eine erste Elektrodenschicht 31, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 32, eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht 33 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 34, eine zweite Elektrodenschicht 35 und eine kammförmige oder kammartige Elektrode 36. Pfeile bezeichnen in dieser Figur Licht. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view showing a stack-type or stacked photoelectric conversion device used in preliminary experiments for evaluating or debugging the stack-type or stacked photoelectric conversion device. From the side opposite to the light-receiving side, stacked or stacked are a first electrode layer 31 , a first photoelectric conversion element layer 32 , an intermediate layer or layer 33 having an uneven surface on the light receiving side, a second photoelectric conversion element layer 34 , a second electrode layer 35, and a second comb-shaped or comb-like electrode 36 . Arrows in this figure denote light.
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche
eine stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische
Wandlereinrichtung zeigt, wie sie in Vorexperimenten zum
Evaluieren oder Austesten der zweiten fotoelektrischen
Wandlerelementschicht verwendet wurde. Von der der
Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind in dieser Reihenfolge
stapelartig oder stapelförmig übereinander angeordnet eine
erste Elektrodenschicht 41, ein Siliziumsubstrat 48, eine
Zwischenschicht oder intermediäre Schicht 43 mit einer
unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine zweite
fotoelektrische Wandlerelementschicht 44, eine zweite
Elektrodenschicht 45 sowie eine kammartige oder kammförmige
Elektrode 46.
Tabelle 1
Fig. 4 is a schematic cross-sectional view showing a stacked or stacked photoelectric conversion device used in preliminary experiments for evaluating or debugging the second photoelectric conversion element layer. From the side opposite the light-receiving side, stacked or stacked in this order are a first electrode layer 41 , a silicon substrate 48 , an intermediate layer 43 having an uneven surface on the light-receiving side, a second photoelectric conversion element layer 44 , a second electrode layer 45, and a second comb-like or comb-shaped electrode 46 . Table 1
Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass die Kurzschlussstromdichte der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht durch Optimieren von Ry der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht verbessert wird, wogegen der entsprechende Wert der stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung nicht wie die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht verbessert wird. Das bedeutet, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung durch den entsprechenden Wert der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht limitiert oder begrenzt ist. From the results shown in Table 1, it can be seen that the short-circuit current density of the second photoelectric Transducer element layer by optimizing Ry of the uneven Surface on the light receiving side of the intermediate or Intermediate layer is improved, whereas the corresponding Value of stacked or stacked photoelectric Converter device not like the second photoelectric Transducer element layer is improved. It means that the short circuit current density of the stacked or stacked photoelectric transducer device through the corresponding value of the first photoelectric Transducer element layer is limited or limited.
Es wurden dann Vorexperimente durchgeführt im Hinblick auf die stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen, bei welchen die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite aufweist, und zwar zum Zweck des Absenkens der Reflexion von Licht längerer Wellenlänge, wobei die intermediäre oder Zwischenschicht eingefügt ist. Preliminary experiments were then carried out with regard to the stack-like or stacked photoelectric Converter devices in which the first photoelectric Transducer element layer has an uneven surface on the Has light receiving side, for the purpose of Lowering the reflection of light of longer wavelength, wherein the intermediate or interlayer is inserted.
Wie in Fig. 5 dargestellt sind, sind die fotoelektrischen Wandlereinrichtungen derart hergestellt oder ausgebildet, dass jede der Einrichtungen eine unebene Oberfläche mit unterschiedlichen mittleren oder gemittelten Höhendifferenzen oder Niveaudifferenzen (Ry) auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht aufweisen. Es wurden jeweils die Kurzschlussstromdichten der fotoelektrischen Wandlereinrichtungen oder fotoelektrischen Wandler gemessen. Andererseits sind, wie das in Fig. 6 dargestellt ist, die stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen unter Verwendung eines Silikonsubstrats anstelle oder für die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht ausgebildet oder hergestellt. Jede der Einrichtungen weist eine unebene Oberfläche mit unterschiedlicher gemittelter oder mittlerer Höhendifferenz oder Niveaudifferenz (Ry) auf der Lichtempfangsseite der Zwischenschicht oder intermediären Schicht auf. Es wurden jeweils die Kurzschlussstromdichten der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. As shown in Fig. 5, the photoelectric conversion devices are fabricated or formed such that each of the devices has an uneven surface with different mean or average height differences or level differences (Ry) on the light receiving side of the first photoelectric conversion element layer. In each case, the short-circuit current densities of the photoelectric conversion devices or photoelectric converters were measured. On the other hand, as shown in Fig. 6, the stacked or stacked photoelectric conversion devices are formed or fabricated using a silicon substrate in place of or for the first photoelectric conversion element layer. Each of the devices has an uneven surface with different average or mean height difference or level difference (Ry) on the light-receiving side of the intermediate layer or intermediate layer. In each case, the short-circuit current densities of the second photoelectric conversion element layer were measured. The results are shown in Table 2.
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, wie er in Vorexperimenten zum Evaluieren oder Auswerten der fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet wird. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind stapelförmig übereinander in dieser Reihenfolge angeordnet eine erste Elektrodenschicht 51, und eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 52 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine intermediäre Schicht oder Zwischenschicht 53, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 54, eine zweite Elektrodenschicht 55 sowie ein kammförmige Elektrode 56. Die Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht. Die intermediäre Schicht oder Zwischenschicht 53 besitzt eine Stärke von 80 nm, ihre unebene Oberfläche ist nicht positiv auf der Lichtempfangsseite ausgebildet. Fig. 5 is a schematic cross-sectional view showing a stacked photoelectric converter used in preliminary experiments for evaluating or evaluating the photoelectric conversion device. From the side opposite to the light receiving side, stacked one above the other in this order are a first electrode layer 51 , and a first photoelectric conversion element layer 52 having an uneven surface on the light receiving side, an intermediate layer 53 , a second photoelectric conversion element layer 54 , a second electrode layer 55, and so on a comb-shaped electrode 56 . The arrows in this figure indicate the light. The intermediate layer 53 has a thickness of 80 nm, its uneven surface is not positively formed on the light receiving side.
Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche
eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zeigt,
wie sie in Vorexperimenten zum Evaluieren und Auswerten der
zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet
wird. Von der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite
sind übereinander gestapelt in dieser Reihenfolge angeordnet
eine erste Elektrodenschicht 61, ein Siliziumsubstrat 68 mit
einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine
intermediäre oder Zwischenschicht 63 mit einer Stärke von 80 nm,
eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 64,
eine zweite Elektrode 65 sowie eine kammförmige Elektrode
66. Die Pfeile in der Figur bezeichnen das Licht. Die
intermediäre oder Zwischenschicht 63 besitzt eine Stärke von
80 nm und sie hat eine unebene Oberfläche, welche nicht
positiv auf der Lichtempfangsseite ausgebildet ist.
Tabelle 2
Fig. 6 is a schematic cross-sectional view showing a stacked photoelectric conversion device used in preliminary experiments for evaluating and evaluating the second photoelectric conversion element layer. A first electrode layer 61 , a silicon substrate 68 having an uneven surface on the light receiving side, an intermediate layer 63 having a thickness of 80 nm, a second photoelectric conversion element layer 64 , a second electrode 65 are stacked on the opposite side from the light receiving side in this order and a comb-shaped electrode 66 . The arrows in the figure indicate the light. The intermediate layer 63 has a thickness of 80 nm and has an uneven surface which is not positively formed on the light receiving side. Table 2
Aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass Reflexion von Licht langer Wellenlängen reduziert wird durch Ausbilden der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Dadurch wird der Anteil des Lichts erhöht, welches auf die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht fällt, und es wird dadurch die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung verbessert. Da jedoch die Kurzschlussstromdichte der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und diejenige der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung im Wesentlichen dieselbe sind, ergibt sich, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung limitiert oder beschränkt ist durch die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht. From the results shown in Table 2, it can be seen that Reflection of light of long wavelengths is reduced by Forming the uneven surface on the light receiving side the first photoelectric conversion element layer. Thereby the proportion of light is increased, which on the first Photoelectric conversion element layer falls, and it becomes thereby the short circuit current density of the stacked Photoelectric converter device improved. However, since the short-circuit current density of the second photoelectric Transducer element layer and that of the stacked Photoelectric converter means substantially the same are, it follows that the short circuit current density of stacked photoelectric transducer means limited or is limited by the second photoelectric Converter element layer.
Aus den Ergebnissen der Vorexperimente wird bestätigt, dass die Kurzschlussstromdichte der zweiten Wandlerelementschicht verbessert wird durch Einfügen der Zwischenschicht oder intermediären Schicht mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite zwischen der ersten und der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Des Weiteren wird die Kurzschlussstromdichte der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht auch durch Vermindern der Reflexion des Lichts langer Wellenlängen durch Ausbilden der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verbessert. From the results of the preliminary experiments it is confirmed that the short circuit current density of the second transducer element layer is improved by inserting the interlayer or intermediate layer with an uneven surface on the Light receiving side between the first and the second Photoelectric conversion element layer. Furthermore, will the short-circuit current density of the first photoelectric Transducer element layer also by reducing the reflection the light of long wavelengths by forming the uneven Surface on the light receiving side of the first Photoelectric conversion element layer improved.
Um die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung noch weiter zu verbessern, ist es notwendig, einen Ausgleich oder eine Balance zwischen den Kurzschlussstromdichten der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlerelementschichten auf einem höheren Niveau auszubilden. Da die erste und die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht unterschiedliche Empfindlichkeiten in Bezug auf die Lichtwellenlängen aufweisen, ist es notwendig, dass die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht und die zwischenschicht oder intermedläre Schicht unebene Oberflächen unterschiedlicher Größen oder unterschiedlicher mittlerer oder gemittelten Höhendifferenzen oder Niveaudifferenzen (Ry) auf der Lichtempfangsseite aufweisen, um einen guten fotoelektrischen Wandlungswirkungsgrad sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementchicht zu erreichen. To the short circuit current density of the stacked It is still to improve photoelectric conversion device necessary to balance or balance between the Short-circuit current densities of the stacked photoelectric Transducer element layers at a higher level train. As the first and the second photoelectric Transducer element layer with respect to different sensitivities have the wavelengths of light, it is necessary that the first photoelectric conversion element layer and the interlayer or intermediate layer uneven surfaces different sizes or different middle ones or average height differences or level differences (Ry) on the light receiving side to a good photoelectric conversion efficiency on both the first as well as on the second photoelectric Achieve transducer element layer.
Unter diesen Umständen ergab sich für die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung dadurch verbessert wird, dass eine unebene Oberfläche der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird und dass weiter eine unebene Oberfläche, welche feiner ist als diejenige der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht, auf der Zwischenschicht oder intermediären Schicht ausgebildet wird. Damit ergab sich die vorliegende Erfindung. Under these circumstances, the inventors of the present invention that the short-circuit current density of stacked photoelectric conversion device thereby is improved, that an uneven surface of the Light receiving side of the first photoelectric conversion element layer is formed and that further an uneven surface, which is finer than that of the first photoelectric Transducer element layer, on the intermediate layer or intermediate layer is formed. This resulted in the present invention.
Die stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf mindestens zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig übereinander angeordnet sind. Ferner ist mindestens eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht zwischen zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig ausgebildet. Die intermediäre oder Zwischenschicht besitzt unebene Oberflächen auf einer Lichtempfangsseite und einer Lichtausgangsseite. Die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite besitzt eine größere mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz als die Oberfläche auf der Lichteingangsseite oder Lichtempfangsseite. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die intermediäre Schicht oder Zwischenschicht, welche zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig angeordnet ist, und die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche der ersten Elektrodenschichtseite der intermediären oder Zwischenschicht benachbart ist, unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite jeweils aufweisen, wobei die unebene Oberfläche der fotoelektrischen Wandlerelementschicht eine größere, mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz aufweist als die unebene Oberfläche der intermediären oder Zwischenschicht. The stacked photoelectric conversion device according to The present invention has at least two Photoelectric conversion element layers, which between a first electrode layer and a light receiving second electrode layer stacked, layered or sandwiched over one another. Further is at least one intermediate layer or intermediate layer between two of the at least two photoelectric Transducer element layers stacked, layered or sandwiched. The intermediate or intermediate layer has uneven surfaces on a light receiving side and a light output side. The uneven surface on the Light output side has a larger middle or averaged height difference or level difference than the Surface on the light input side or Light-receiving side. In other words, that means the intermediary Layer or intermediate layer, which between the Photoelectric converter element layers stacked, layered or sandwiched, and the photoelectric Transducer element layer, which of the first Electrode layer side of the intermediate or intermediate layer is adjacent, uneven surfaces on the light receiving side respectively have, wherein the uneven surface of the photoelectric Transducer element layer a larger, medium or averaged Altitude difference or level difference than the uneven Surface of the intermediate or intermediate layer.
Die mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz der Erfindung ist dieselbe, wie sie oben definiert wurde. Die unebene Oberfläche kann irgendeine Gestalt oder Form aufweisen, zum Beispiel die eines Konus oder Kegels, einer Dreieckspyramide, einer quadratischen Pyramide oder die einer Kante, eines Streifens oder Grads (rib, ridge). Die Gestalt der unebenen Oberfläche ist nicht besonders eingeschränkt. The mean or average height difference or Level difference of the invention is the same as defined above has been. The uneven surface can be any shape or Have a shape, for example that of a cone or cone, a triangle pyramid, a square pyramid or that of an edge, a strip or a degree (rib, ridge). The shape of the uneven surface is not special limited.
Die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche benachbart ist zur Lichtausgangsseite (die erste Elektrodenschichtseite) der intermediären oder Zwischenschicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry im Bereich von 1 µm bis 100 pin (vorzugsweise ein 1 µm bis 10 µm) auf der Lichtempfangsseite auf. Dadurch wird die Reflexion von Licht langer Wellenlängen verhindert, und es wird die Kurzschlussstromdichte verbessert. Der Wert Ry besitzt einen großen Einfluss auf den Anti-Reflexionseffekt. Ein Wert für Ry kleiner als 1 µm wird nicht bevorzugt, weil der Antireflexionseffekt in Bezug auf das Licht langer Wellenlängen dann unzureichend wird. Andererseits ist auch ein Wert für Ry größer als 100 µm nicht gewünscht, weil dann mechanische und elektrische Probleme auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht auftreten und nur geringer Wirkungsgrad erzielt werden kann. The photoelectric conversion element layer adjacent is to the light output side (the first Electrode layer side) of the intermediate or intermediate layer has preferably an uneven surface having a value Ry in the range of 1 μm to 100 pin (preferably 1 μm to 10 μm) on the Light receiving side up. This will cause the reflection of light long wavelengths prevented, and it will be the Short-circuit current density improved. The value Ry has a large one Influence on the anti-reflection effect. A value for Ry less than 1 μm is not preferred because of Antireflection effect with respect to the light of long wavelengths then becomes insufficient. On the other hand, a value for Ry greater than 100 microns not desired, because then mechanical and electrical problems on the second photoelectric Transducer element layer occur and only lower Efficiency can be achieved.
Die zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig angeordnete Zwischenschicht oder intermediäre Schicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry zwischen 0,1 µm und 0,7 µm (vorzugsweise zwischen 0,3 µm und 0,5 µm) auf der Lichtempfangsseite auf. Dadurch wird die optische Pfadlänge oder optische Weglänge in der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht gesteigert, wodurch die Kurzschlussstromdichte verbessert wird. Wenn der Wert Ry kleiner ist als 0,1 µm oder größer als 0,7 µm, kann ein derart starker Anstieg in der optischen Weglänge oder optischen Pfadlänge nicht erwartet werden. Da die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht direkt auf der unebenen Oberfläche der Zwischenschicht oder intermediären Schicht ausgebildet ist, werden ferner die mechanischen und elektrischen Charakteristika der Einrichtung auf einfache Art und Weise durch die unebene Oberfläche auf der intermediären oder Zwischenschicht beeinflusst, und zwar auf einfachere Art und Weise als bei der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Des Weiteren entsteht auf einfache Art und Weise ein Kurzschluss, wenn der Wert Ry größer ist als 0,7 µm. The between the photoelectric converter element layers stacked, layered or sandwiched Intermediate layer or intermediate layer preferably has an uneven surface with a value Ry between 0.1 μm and 0.7 μm (preferably between 0.3 μm and 0.5 μm) on the Light receiving side up. This will change the optical path length or optical path length in the second photoelectric Transducer element layer increased, whereby the Short-circuit current density is improved. When the value Ry is smaller as 0.1 microns or larger than 0.7 microns, such a strong Increase in optical path length or optical path length can not be expected. Because the second photoelectric Transducer element layer directly on the uneven surface of the Intermediate layer or intermediate layer is formed, Furthermore, the mechanical and electrical Characteristics of the device in a simple way by the uneven surface on the intermediate or Interlayer influenced, and in a simpler way as in the first photoelectric conversion element layer. Furthermore, it creates a simple way Short circuit when the value Ry is greater than 0.7 μm.
Die zur Lichtausgangsseite (erste Elektrodenschichtseite) der intermediären Schicht oder Zwischenschicht benachbarter fotoelektrischer Wandlerelementschicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche auf, welche durch einen Ätzprozess auf der Lichtempfangsseite ausgebildet ist. Durch das Ätzen kann die unebene Oberfläche bei geringeren Kosten verglichen mit mechanischen oder physikalischen Techniken oder Methoden ausgebildet werden. The light output side (first electrode layer side) the intermediate layer or intermediate layer of adjacent Photoelectric conversion element layer preferably has an uneven surface caused by an etching process is formed on the light receiving side. By the etching The uneven surface can be compared at lower cost with mechanical or physical techniques or methods be formed.
Die zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig angeordnete intermediäre oder Zwischenschicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite auf, welche mittels eines Ätzprozesses ausgebildet ist. Falls die intermediäre oder Zwischenschicht verdickt ausgebildet ist, kann die unebene Oberfläche auf einfachere Art und Weise ausgebildet werden. Eine dicke Zwischenschicht oder intermediäre Schicht absorbiert jedoch selbst mehr Licht, wodurch die Lichttransmittanz oder das Lichtdurchgangsvermögen reduziert wird. Durch Ätzen kann die unebene Oberfläche so ausgebildet werden, dass sie eine geeignete Form zum Erhöhen oder Steigern der optischen Weglänge oder optischen Pfadlänge in der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht aufweist, ohne die intermediäre oder Zwischenschicht zu verdicken oder zu verstärken. The between the photoelectric converter element layers stacked, layered or sandwiched intermediate or intermediate layer preferably has one uneven surface on the light receiving side on which is formed by means of an etching process. if the intermediate or intermediate layer is thickened, Can the uneven surface in a simpler way be formed. A thick intermediate layer or however, the intermediate layer absorbs more light itself, thereby the light transmittance or the light transmittance is reduced. By etching, the uneven surface can do so be formed so that they have a suitable shape to increase or increasing the optical path length or optical Path length in the second photoelectric conversion element layer without the intermediary or intermediate layer too thicken or strengthen.
Je mehr fotoelektrische Wandlerelementschichten die stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung aufweist, desto mehr kann gewöhnlich die Spannung des offenen Schaltkreises oder Leerlaufspannung (open-circuit voltage), welche die Summe der Spannungen der offenen Kreise der einzelnen fotoelektrischen Wandlerelementschichten ist, verbessert werden. Da jedoch der Kurzschlussstrom durch den niedrigsten Kurzschlussstromwert der fotoelektrischen Wandlerelementschichten begrenzt oder limitiert ist, kann eine wesentliche Verbesserung des Stromwertes nicht erwartet werden. The more photoelectric converter element layers the stacked photoelectric transducer means, the more more usually the voltage of the open circuit or open-circuit voltage, which the Sum of the tensions of the open circles of the individual photoelectric conversion element layers is improved become. However, since the short-circuit current through the lowest Short-circuit current value of the photoelectric Transducer element layers limited or limited, can be an essential Improvement of the current value can not be expected.
Um einen maximalen fotoelektrischen Wandlungswirkungsgrad zu erreichen, wird bevorzugt, zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten auszubilden. Das heißt, die erste und die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht sind vorzugsweise in absteigender Anordnung einer Halbleiterbandlücke (Eg) von der Lichtempfangsseite aus angeordnet. To provide maximum photoelectric conversion efficiency is preferred, two photoelectric Form transducer element layers. That is, the first and the second photoelectric conversion element layer are preferably in descending arrangement of a semiconductor band gap (Eg) from the light receiving side.
Entsprechend weist die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung ein Trägersubstrat, eine erste Elektrodenschicht, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht, eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht stapelförmig in dieser Reihenfolge auf. Alternativ weist die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung eine erste Elektrodenschicht, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht, eine intermediäre oder Zwischenschicht, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht stapelförmig in dieser Reihenfolge auf. Dadurch können Substrate unterschiedlicher Naturen verwendet werden, und die stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen mit höherer Flexibilität bei geringen Kosten hergestellt werden. Accordingly, the inventive stack-shaped Photoelectric converter means a carrier substrate, a first electrode layer, a first photoelectric Transducer element layer, an intermediate layer or intermediary Layer, a second photoelectric conversion element layer and a light-receiving second electrode layer stacked in this order. Alternatively, the Inventive stacked photoelectric Converter means a first electrode layer, a first photoelectric conversion element layer, an intermediate or Interlayer, a second photoelectric Transducer element layer and a light-receiving second electrode layer stacked in this order. Thereby can Substrates of different natures are used, and the stack-shaped photoelectric converter devices with higher flexibility at low cost.
Bei der erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird die zur ersten Elektrodenschichtseite der Zwischenschicht oder intermediären Schicht benachbarte fotoelektrische Wandlerelementschicht bevorzugt aus einem kristallinen Siliziumsubstrat gebildet, und die zur zweiten Elektrodenschichtseite der intermediären oder zwischenschicht benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementschicht wird vorzugsweise aus einem amorphem Silizium gebildet. Durch Verwendung dieser Siliziummaterialien, welche Massenherstellungsmaterialien für elektronische Komponenten oder Teile sind, können weitere Kostensenkungen erzielt werden. In the inventive stacked photoelectric Converter device becomes the first Electrode layer side of the intermediate layer or intermediate layer adjacent photoelectric conversion element layer preferably from a crystalline silicon substrate formed, and the second Electrode layer side of the intermediate or interlayer adjacent photoelectric conversion element layer is preferably formed of an amorphous silicon. By using these silicon materials, which Mass production materials for electronic components or Parts are, further cost reductions can be achieved.
Nachfolgend werden Ergebnisse der Vorexperimente der Erfinder im Zusammenhang mit der Beziehung der unebenen Oberflächen auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht und der zur ersten Elektrodenseitenschicht der intermediären oder Zwischenschicht benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementschicht mit der Kurzschlussstromdichte der damit verbundenen fotoelektrischen Wandlerelementschicht erläutert. Below are results of the preliminary experiments of the Inventor related to the relationship of the uneven Surfaces on the light receiving side of the intermediate or Intermediate layer and the first electrode side layer the intermediate or intermediate layer adjacent Photoelectric conversion element layer with the Short-circuit current density of the associated photoelectric Transducer element layer explained.
Insbesondere sind dabei die fotoelektrischen Wandlereinrichtungen in derselben Art und Weise hergestellt, wie die in den Fig. 3 und 4 gezeigten, außer, dass der Wert Ry der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht variiert wurde. Specifically, the photoelectric conversion devices are made in the same manner as those shown in Figs. 3 and 4 except that the unevenness surface value Ry on the light receiving side of the first photoelectric conversion element layer was varied.
Die Kurzschlussstromdichten der stapelförmigen
fotoelektrischen Wandlereinrichtungen und der zweiten
Wandlerelementschichten wurden gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen
sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
The short-circuit current densities of the stacked photoelectric conversion devices and the second converter element layers were measured. The results of these measurements are shown in Table 3. Table 3
Aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung durch Ausbilden der unebenen Oberfläche der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und ferner durch Ausbilden der unebenen Oberfläche, welche feiner ist als die der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht, auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht verbessert ist. From the results shown in Table 3 it follows that that the short circuit current density of the stacked Photoelectric conversion device by forming the uneven surface of the light receiving side of the first photoelectric conversion element layer and further Forming the uneven surface, which is finer than the the first photoelectric conversion element layer on which Light receiving side of the intermediate or intermediate layer is improved.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung und das Verfahren zu deren Herstellung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, auf welche die Figuren nicht beschränkt ist, erläutert. Subsequently, the inventive stack-shaped Photoelectric conversion device and the method for their Manufacture with reference to the attached figures, to which the figures are not limited explained.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittansicht, welche ein Beispiel einer erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung zeigt. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind stapelförmig in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet eine erste Elektrodenschicht 1, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2, eine intermediäre oder Zwischenschicht 3, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4, eine zweite Elektrodenschicht 5 und eine kammartige Elektrode 6. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 und die Zwischenschicht oder intermediäre Schicht 3 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in der Figur bezeichnen Licht. Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a stacked photoelectric conversion device according to the present invention. From the side opposite to the light-receiving side, a first electrode layer 1 , a first photoelectric conversion element layer 2 , an intermediate layer 3 , a second photoelectric conversion element layer 4 , a second electrode layer 5, and a comb-like electrode 6 are stacked in this order. The first photoelectric conversion element layer 2 and the intermediate layer 3 have uneven surfaces on the light receiving side. Arrows in the figure indicate light.
Als Substrat für die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ist ein Wandlersubstrat vorgesehen. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ist auf diesem Substrat ausgebildet. As the substrate for the first photoelectric conversion element layer 2 , a transducer substrate is provided. The first photoelectric conversion element layer 2 is formed on this substrate.
Als Halbleitersubstrat können verwendet werden ein kristallines Siliziumsubstrat, polykristallines Siliziumsubstrat und dergleichen. Unter diesen sind die einkristallinen Siliziumsubstrate besonders geeignet. Bevorzugt wird eine Orientierung des einkristallinen Siliziumsubstrats, welche nicht (111) entspricht, sondern (100). Der Leitungstyp oder Leitfähigkeitstyp kann entweder n oder p sein. As the semiconductor substrate, a crystalline silicon substrate, polycrystalline silicon substrate and the like can be used. Among them, the single-crystalline silicon substrates are particularly suitable. An orientation of the monocrystalline silicon substrate which does not correspond to ( 111 ) is preferred, but ( 100 ). The conductivity type or conductivity type can be either n or p.
Vor dem Ausbilden der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 wird das Siliziumsubstrat bevorzugt gewaschen und geätzt. Zum Beispiel kann ein Halbleitersubstrat von etwa 450 µm Dicke einer RCA-Waschung unterzogen und dann mittels einer Lösung aus Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure (nitric acid) geätzt werden, bis die Schichtdicke oder Stärke auf etwa 350 µm reduziert ist. Before forming the first photoelectric conversion element layer 2 , the silicon substrate is preferably washed and etched. For example, a semiconductor substrate about 450 μm thick may be RCA washed and then etched using a solution of hydrofluoric acid / nitric acid until the layer thickness or thickness is reduced to about 350 μm.
Dann wird die unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite des Halbleitersubstrats ausgebildet. Die Ausbildung der unebenen Oberfläche kann durchgeführt werden durch jegliche bekannte Technik, zum Beispiel durch Nassätzen unter Verwendung einer alkalischen Lösung, durch Trockenätzen mittels einer Plasmaentladung und dergleichen. Jedoch wird das Nassätzen bevorzugt, weil die unebene Oberfläche dann bei geringeren Kosten erzeugt werden kann. Then the uneven surface on the Light receiving side of the semiconductor substrate formed. The training of uneven surface can be done by any known technique, for example by wet etching under Use of an alkaline solution by dry etching by means of a plasma discharge and the like. However, it will prefer the wet etching, because the uneven surface then can be produced at a lower cost.
Insbesondere kann das Halbleitersubstrat in eine alkalische wässrige Lösung (welche einige % eines Alkalimetalls enthält, zum Beispiel Na und K), welche auf etwa 75°C bis 90°C aufgeheizt werden, eingetaucht werden, so dass die Oberfläche leicht aufgelöst oder angelöst wird. Dabei wird die Größe der Unebenheit durch Anpassen der Ätzbedingungen kontrollierbar, zum Beispiel durch Anpassen der Temperatur und der Zeit oder des Hinzufügens von etwa 0,1% bis 20% eines organischen Lösungsmittels, zum Beispiel von Isopropylalkohol (IPA) zur wässrigen alkalischen Lösung. In particular, the semiconductor substrate in a alkaline aqueous solution (which is some% of an alkali metal contains, for example, Na and K), which at about 75 ° C to Be heated to 90 ° C, be immersed, so that the Surface is easily dissolved or dissolved. It will the size of the unevenness by adjusting the etching conditions controllable, for example by adjusting the temperature and the time or adding about 0.1% to 20% an organic solvent, for example of Isopropyl alcohol (IPA) to aqueous alkaline solution.
Zum Beispiel wird eine alkalische wässrige Lösung mit 2% Natriumhydroxid und mit 5% bis 10% IPA auf etwa 82°C aufgeheizt. Dann wird ein n-dotiertes einkristallines Siliziumsubstrat für etwa 30 Minuten dort eingetaucht. Dadurch wird eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 10 µm auf der gesamten Lichtempfangsseite des ndotierten einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet. For example, an alkaline aqueous solution containing 2% Sodium hydroxide and with 5% to 10% IPA to about 82 ° C heated. Then, an n-type monocrystalline Silicon substrate immersed there for about 30 minutes. This will produce an uneven surface with a value Ry of about 10 microns on the entire light receiving side of ndotierten monocrystalline silicon substrate formed.
Auf der unebenen Oberfläche der Lichtempfangsseite des Halbleitersubstrats kann eine Halbleiterschicht vom p-Typ oder vom n-Typ ausgebildet werden, wenn der Leitfähigkeitstyp oder Leitungstyp des Halbleitersubstrats n oder p ist. Die Halbleiterschicht kann durch bekannte Techniken, zum Beispiel durch Gasdiffusion, durch Dotierungsinjektion mittels Ionenimplantation oder durch Abscheiden mittels plasmaverstärkter CVD, durchgeführt werden. On the uneven surface of the light receiving side of the Semiconductor substrate may be a p-type semiconductor layer or n-type, if the Conductivity type or conductivity type of the semiconductor substrate n or p is. The semiconductor layer may be formed by known techniques, for example by gas diffusion, by doping injection by ion implantation or by means of deposition plasma enhanced CVD.
Das Halbleitersubstrat mit der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite wird vorzugsweise einer RCA-Waschung vorab unterzogen, um alkalische Substanzen und organische Substanzen, welche dort angehaftet sein können, zu entfernen. The semiconductor substrate with the uneven surface on the Light receiving side is preferably an RCA wash subjected in advance to alkaline substances and organic Substances that may be attached there, too remove.
Insbesondere wird ein Halbleitersubstrat vom n-Typ auf 950°C bis 1000°C in einer Stickstoffatmosphäre in einem Ofen erhitzt. Es wird Bor über das Halbleitersubstrat vom n-Typ unter Verwendung von Bortribromid (BBr3) als Diffusionsquelle diffundiert, um eine Halbleiterschicht vom p-Typ im Bereich des Halbleitersubstrats vom n-Typ auszubilden. Specifically, an n-type semiconductor substrate is heated to 950 ° C to 1000 ° C in a nitrogen atmosphere in an oven. Boron is diffused via the n-type semiconductor substrate using boron tribromide (BBr 3 ) as a diffusion source to form a p-type semiconductor layer in the region of the n-type semiconductor substrate.
Dann wird das Stickstoffgas durch Sauerstoffgas ersetzt, um eine Siliziumoxidschicht von 0,1 µm bis 0,2 µm Stärke im Bereich der Halbleiterschicht vom p-Typ auszubilden. Then the nitrogen gas is replaced by oxygen gas, around a silicon oxide layer of 0.1 microns to 0.2 microns thickness in the region of the p-type semiconductor layer.
Dann wird eine Oberfläche des Halbleitersubstrats vom n- Typ mit einer Resistschicht abgedeckt. Die Siliziumoxidschicht und die Halbleiterschicht vom p-Typ auf der anderen Oberfläche werden durch Ätzen unter Verwendung einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure entfernt. Dann wird die Resistschicht entfernt. Unter Verwendung des durch die Resistschicht als Schutzschicht geschützten Siliziumoxidschicht wird Phosphor unter Verwendung von Phosphoryltrichlorids (POCl3) phosphordiffundiert, um eine Rückseitenfeldschicht (BSF) eines Halbleiters vom n+-Typ ausschließlich auf der ersten Elektrodenschichtseite des Halbleitersubstrats vom n-Typ auszubilden. Nach der Phosphordiffusion wird die Siliziumoxidschicht unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure entfernt. Dadurch wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 auf dem Halbleitersubstrat vom n-Typ ausgebildet. Then, a surface of the n-type semiconductor substrate is covered with a resist layer. The silicon oxide layer and the p-type semiconductor layer on the other surface are removed by etching using a mixture of hydrofluoric acid / nitric acid. Then the resist layer is removed. Using the silicon oxide film protected by the resist film as a protective layer, phosphorus is phosphorus-diffused using phosphoryl trichloride (POCl 3 ) to form a back surface field layer (BSF) of an n + -type semiconductor exclusively on the first electrode layer side of the n-type semiconductor substrate. After phosphorous diffusion, the silicon oxide layer is removed using hydrofluoric acid. Thereby, the first photoelectric conversion element layer 2 is formed on the n-type semiconductor substrate.
Dann wird auf derjenigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, welche der Oberfläche gegenüberliegt, auf welcher die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ausgebildet ist, die erste Elektrodenschicht 1 ausgebildet. Das Material für die Elektrode ist nicht eingeschränkt und kann zum Beispiel Titan (Ti)/Palladium (Pd)/Silber (Ag) sein. Die Elektrode kann durch jede beliebige Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung, durch Sputtern, durch Flächenbedrucken, bei welchem eine Paste des Elektrodenmaterials (zum Beispiel Silber) aufgebracht wird. Die erste Elektrodenschicht besitzt eine Stärke von 500 bis 1000 nm. Then, on the surface of the semiconductor substrate which is opposite to the surface on which the first photoelectric conversion element layer 2 is formed, the first electrode layer 1 is formed. The material for the electrode is not limited and may be, for example, titanium (Ti) / palladium (Pd) / silver (Ag). The electrode may be formed by any technique, for example, by electron beam deposition, by sputtering, by area printing in which a paste of the electrode material (for example, silver) is deposited. The first electrode layer has a thickness of 500 to 1000 nm.
Nachfolgend wird die intermedläre oder Zwischenschicht 3 auf der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 ausgebildet. Subsequently, the intermediary or intermediate layer 3 is formed on the first photoelectric conversion element layer 2 .
Die intermediäre oder Zwischenschicht 3 besteht vorzugsweise aus einem leitfähigen Oxidpunkt. Dadurch werden die elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschichten und ein Füllfaktor der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung verbessert. Zum Beispiel kann ein durchscheinendes leitfähiges Oxid zum Beispiel Zinkoxid, ITO (Indiumoxid mit einigen Gew.-% Zinn) und Zinnoxid (SnO2) verwendet werden. Diese Materialien sind bevorzugt, weil ihre Reflexionsindizes oberhalb von 2,0 liegen und weil sie eine optische Wirkung, zum Beispiel eine Grenzflächenreflexion besitzen. Obwohl eine Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren besteht, besitzt Zinkoxid eine herausragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffplasma und ist besonders bevorzugt, weil berücksichtigt werden muss, dass die intermediäre oder Zwischenschicht nach ihrer Ausbildung einem Wasserstoffplasma ausgesetzt werden muss. The intermediate or intermediate layer 3 preferably consists of a conductive oxide point. This improves the electrical connection between the first and second photoelectric conversion element layers and a fill factor of the stacked photoelectric conversion device. For example, a translucent conductive oxide may be used, for example, zinc oxide, ITO (indium oxide with several wt% tin), and tin oxide (SnO 2 ). These materials are preferred because their reflection indices are above 2.0 and because they have an optical effect, for example an interfacial reflection. Although dependent on the manufacturing process, zinc oxide has excellent resistance to hydrogen plasma and is particularly preferred because it must be considered that the intermediate or interlayer must be exposed to hydrogen plasma after being formed.
Das leitfähige Oxid, insbesondere Zinkoxid, kann dotiert werden mit verschiedenen Dotierstoffen, zum Beispiel mit Gallium (Ga), Aluminium (Al), Bor (B), Indium (I), Scandium (Sc), Silizium (Si), Titan (Ti) oder Zirkon (Zr). Die Dotiermenge liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.-%. The conductive oxide, in particular zinc oxide, can be doped be with different dopants, for example with Gallium (Ga), aluminum (Al), boron (B), indium (I), Scandium (Sc), silicon (Si), titanium (Ti) or zirconium (Zr). The Doping amount is preferably in the range between 1 wt .-% and 10% by weight.
Die Stärke der Zwischenschicht oder intermediären Zwischenschicht beträgt 5 nm bis 500 nm, vorzugsweise 10 nm bis 100 nm. Die intermediäre Zwischenschicht mit einer Schichtstärke von weniger als 5 nm wird nicht bevorzugt, weil es schwierig ist, die Gleichmäßigkeit einer derartigen Schichtstärke zu gewährleisten, und weil der Wirkungsgrad sinkt. Andererseits wird auch eine intermediäre Zwischenschicht mit einer Schichtstärke von mehr als 500 nm nicht bevorzugt, weil die Lichtabsorption durch die intermediäre Zwischenschicht selbst ansteigt und weil die Menge des die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht erreichenden Lichts dadurch vermindert wird. The strength of the interlayer or intermediate Intermediate layer is 5 nm to 500 nm, preferably 10 nm to 100 nm. The intermediate intermediate layer with a Layer thickness of less than 5 nm is not preferred, because it is difficult to uniformity one to ensure such layer thickness, and because of Efficiency drops. On the other hand, also becomes an intermediary Intermediate layer with a layer thickness of more than 500 nm not preferred, because the light absorption by the intermediate intermediate layer itself increases and because the amount of the first photoelectric conversion element layer reaching light is thereby reduced.
Die intermediäre Zwischenschicht 3 kann durch jegliche bekannte Technik, zum Beispiel durch Sputtern oder Vakuumabscheiden, ausgebildet werden. Die Ausbildungsbedingungen werden geeignet gewählt. The intermediate intermediate layer 3 can be formed by any known technique, for example by sputtering or vacuum deposition. The training conditions are suitably chosen.
Zum Beispiel wird das Halbleitersubstrat, welches mit der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 versehen ist, in eine Sputterapparatur eingebracht und auf 200°C aufgeheizt. Dann wird der Gesamtdruck der Apparatur auf 0,8 Pa eingestellt. Eine DC-Vorspannung von 500 V wird zwischen dem Substrat und einer Kathode (unter Verwendung von Zinkoxid, welches mit 5% Gallium dotiert ist, als Target) angelegt. Dadurch wird ein intermediäre oder Zwischenschicht von 500 nm Stärke ausgebildet. For example, the semiconductor substrate provided with the first photoelectric conversion element layer 2 is placed in a sputtering apparatus and heated to 200 ° C. Then, the total pressure of the apparatus is set to 0.8 Pa. A DC bias of 500V is applied between the substrate and a cathode (using zinc oxide doped with 5% gallium as the target). This forms an intermediate or intermediate layer of 500 nm thickness.
Dann wird eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 ausgebildet. Die unebene Oberfläche kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Nassätzen unter Verwendung einer wässrigen Säurelösung oder durch Trockenätzung mittels Plasmaentladung. Jedoch wird das Nassätzen bevorzugt, weil die unebene Oberfläche dann mit geringeren Kosten erzeugt werden kann. Then, an uneven surface is formed on the light receiving side of the intermediate layer 3 . The uneven surface may be formed by any known technique, for example, by wet etching using an aqueous acid solution or by dry etching by plasma discharge. However, wet etching is preferred because the uneven surface can then be produced at a lower cost.
Zum Beispiel wird das mit der intermediären oder Zwischenschicht 3 versehene Halbleitersubstrat in eine wässrige Säurelösung mit 5 Gew.-% für etwa 150 Sekunden eingetaucht. Dadurch wird eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 300 nm auf der gesamten Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 ausgebildet. Dann wird auf der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 ausgebildet. Material für die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 kann zum Beispiel sein ein valenzkontrolliertes Siliziummaterial, zum Beispiel ein n-, i- oder p- Typ amorphen Siliziums oder mikrokristallines Silizium, wobei das amorphe Silizium besonders bevorzugt ist, da die verbotene Bandbreite für die Breite des verbotenen Bandes des amorphen Siliziums größer ist als die des kristallinen Siliziums, wird die Verwendung amorphen Siliziums für die fotoelektrische Wandlerelementschicht auf der Lichtempfangsseite (Fensterseite) der stapelförmigen oder stapelartigen Solarzelle bevorzugt. Die Stärke davon liegt bei etwa 100 nm bis 500 nm. For example, the semiconductor substrate provided with the intermediate layer 3 is immersed in an aqueous acid solution of 5 wt% for about 150 seconds. Thereby, an uneven surface having a value Ry of about 300 nm is formed on the entire light receiving side of the intermediate layer 3 . Then, on the uneven surface on the light receiving side of the intermediate layer 3, the second photoelectric conversion element layer 4 is formed. Material for the second photoelectric conversion element layer 4 may be, for example, a valence controlled silicon material, for example an n-, i- or p-type amorphous silicon or microcrystalline silicon, the amorphous silicon being particularly preferred since the forbidden bandwidth for the width of the forbidden Band of the amorphous silicon is larger than that of the crystalline silicon, the use of amorphous silicon for the photoelectric conversion element layer on the light-receiving side (window side) of the stacked or stacked solar cell is preferred. The strength thereof is about 100 nm to 500 nm.
Die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet sein, zum Beispiel durch einen plasmageförderten CVD-Prozess unter Verwendung eines flachen CV-Geräts mit Plasmaverstärkung (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus). The second photoelectric conversion element layer 4 may be formed by any known technique, for example, a plasma enhanced CVD process using a flat plasma enhanced CVD apparatus.
Insbesondere wird das Halbleitersubstrat mit der intermediären oder Zwischenschicht 3 mit der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite in das CVD-Gerät (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus) eingebracht und erhitzt. Dann wird die Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode erzeugt, um ein Plasma zu erzeugen, wodurch eine dünne Schicht amorphen Siliziums ausgebildet wird. Die Betriebsbedingungen dafür werden geeignet gewählt. Details für diese Bedingungen sind in Tabelle 4 in Bezug auf das Beispiel 1 dargestellt. Specifically, the semiconductor substrate having the intermediate or intermediate layer 3 having the uneven surface on the light receiving side is introduced into the flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus and heated. Then, the high frequency energy is generated between the substrate and the cathode to generate a plasma, thereby forming a thin layer of amorphous silicon. The operating conditions for it are selected appropriately. Details for these conditions are shown in Table 4 with respect to Example 1.
Nachfolgend wird die zweite Elektrodenschicht 5 auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 ausgebildet. Das Material für die Elektrode ist nicht besonders eingeschränkt, solange es nur transparent ist. Es kann zum Beispiel ITO verwendet werden. Die Elektrode kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung oder durch Sputtern. Die Bedingungen dafür werden geeignet eingestellt. Die Stärke der Schicht beträgt 50 nm bis 80 nm. Subsequently, the second electrode layer 5 is formed on the second photoelectric conversion element layer 4 . The material for the electrode is not particularly limited as long as it is only transparent. For example ITO can be used. The electrode may be formed by any known technique, for example by electron beam deposition or by sputtering. The conditions for this are set appropriately. The thickness of the layer is 50 nm to 80 nm.
Zum Beispiel wird das mit der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 versehene Halbleitersubstrat in eine Sputteranlage eingebracht und auf 220°C aufgeheizt. Dann werden Sauerstoff und Argon mit Flussraten von 1,4 scmm bzw. 250 sccm Gasdruck in die Anlage geleitet und auf 3,8 Pa eingestellt, wobei eine DC-Vorspannung von 450 Volt zwischen dem Substrat und der Kathode (ITO) angelegt wird. Dadurch wird eine zweite Elektrodenschicht von 5 nm bis 60 nm stärker ausgebildet. For example, the semiconductor substrate provided with the second photoelectric conversion element layer 4 is introduced into a sputtering apparatus and heated to 220 ° C. Then, oxygen and argon are fed into the plant at flow rates of 1.4 scmm and 250 sccm gas pressure, respectively, and set at 3.8 Pa, with a DC bias of 450 volts applied between the substrate and the cathode (ITO). As a result, a second electrode layer of 5 nm to 60 nm is formed stronger.
Nachfolgend wird die kammförmige oder kammartige Elektrode 6 auf der zweiten Elektrodenschicht 5 ausgebildet. Das Material für die kammartige Elektrode 6 ist nicht besonders eingeschränkt. Jedoch wird die Verwendung eines Materials mit einem geringen elektrischen Widerstand bevorzugt, so dass der elektrische Strom besonders effektiv gesammelt werden kann. Es kann zum Beispiel Silber verwendet werden. Die kammartige Elektrode kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung oder durch Sputtern unter Verwendung einer Metallmaske. Die Betriebsbedingungen dafür werden geeignet gewählt. Die Stärke der Schicht beträgt etwa 500 nm bis 1000 nm. Subsequently, the comb-shaped or comb-like electrode 6 is formed on the second electrode layer 5 . The material for the comb-like electrode 6 is not particularly limited. However, the use of a material having a low electrical resistance is preferred, so that the electric current can be collected particularly effectively. For example, silver can be used. The comb-like electrode may be formed by any known technique, for example, by electron beam deposition or by sputtering using a metal mask. The operating conditions for it are selected appropriately. The thickness of the layer is about 500 nm to 1000 nm.
Insbesondere wird das mit der zweiten Elektrodenschicht 5 versehene Halbleitersubstrat in eine Sputteranlage eingebracht, und zwar zusammen mit einer Metallmaske, welche auf dem Substrat angeordnet wird. Es wird auf 180°C aufgeheizt. Dann wird Sterlingsilber als Abscheidequelle mittels einer Elektronenstrahlbestrahlung geschmolzen, um Silber selektiv auf der zweiten Elektrodenschicht 5 abzuscheiden. Dadurch wird die kammartige Elektrode 6 mit einer Stärke von 500 nm ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung oder der stapelförmige fotoelektrische Wandler ausgebildet. In particular, the semiconductor substrate provided with the second electrode layer 5 is introduced into a sputtering apparatus, together with a metal mask, which is arranged on the substrate. It is heated to 180 ° C. Then, sterling silver as a deposition source is melted by electron beam irradiation to selectively deposit silver on the second electrode layer 5 . Thereby, the comb-like electrode 6 having a thickness of 500 nm is formed. In this way, the stacked photoelectric conversion device of the present invention or the stacked photoelectric converter is formed.
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung zeigt. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite aus sind übereinander gestapelt angeordnet in dieser Reihenfolge vorgesehen ein Trägersubstrat 27, eine erste Elektrodenschicht 21, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22, eine intermediäre oder Zwischenschicht 23, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, eine zweite Elektrodenschicht 25 und eine kammartige oder kammförmige Elektrode 26. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 und die intermediäre oder Zwischenschicht 22 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht. Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a stacked photoelectric conversion device according to the present invention. From the side opposite the light-receiving side, stacked in this order are a support substrate 27 , a first electrode layer 21 , a first photoelectric conversion element layer 22 , an intermediate layer 23 , a second photoelectric conversion element layer 24 , a second electrode layer 25, and a comb-like or comb-shaped electrode 26 . The first photoelectric conversion element layer 22 and the intermediate layer 22 have uneven surfaces on the light receiving side. Arrows in this figure indicate the light.
Das Trägersubstrat 27 kann zum Beispiel ein Glassubstrat (zum Beispiel durch Corning hergestellt, Nr. 7059), ein Metallsubstrat, ein keramisches Substrat, ein Siliziumsubstrat oder ein Schichtsubstrat sein. Ebenso sind möglich und erhältlich Substrate, die eine Metallschicht oder ein isolierendes Material darauf abgeschieden aufweisen. The supporting substrate 27 may be, for example, a glass substrate (for example, manufactured by Corning, No. 7059), a metal substrate, a ceramic substrate, a silicon substrate, or a layered substrate. Also possible and available are substrates having a metal layer or insulating material deposited thereon.
Das Trägersubstrat 27 wird bevorzugt mit reinem Wasser gewaschen, bevor die erste Elektrodenschicht 21 ausgebildet wird. The support substrate 27 is preferably washed with pure water before the first electrode layer 21 is formed.
Zu Beginn wird die erste Elektrodenschicht 21 auf dem Trägersubstrat 27 ausgebildet. Das Material für die erste Elektrodenschicht 21 ist nicht besonders eingeschränkt, und es können entweder ein Metall und ein leitfähiges Metalloxid als einfache Schicht oder als Multischicht verwendet werden. Zum Beispiel kann Silber (Ag)/Zinkoxid (ZnO) verwendet werden. Die Elektrodenschicht kann durch jede bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung, MOCVD, Sputtern oder Spraying mit einer Schichtdicke von etwa 300 nm bis 1000 nm, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 800 nm bis 1000 nm. At the beginning, the first electrode layer 21 is formed on the carrier substrate 27 . The material for the first electrode layer 21 is not particularly limited, and either a metal and a conductive metal oxide may be used as a single layer or a multi-layer. For example, silver (Ag) / zinc oxide (ZnO) can be used. The electrode layer can be formed by any known technique, for example by electron beam deposition, MOCVD, sputtering or spraying with a layer thickness of about 300 nm to 1000 nm, preferably with a layer thickness of 800 nm to 1000 nm.
Zum Beispiel kann das Trägersubstrat 27 in eine Beschichtungsanlage eingebracht und dann auf 180°C aufgeheizt werden. Der Elektronenstrahl wird auf Sterlingsilber als Target gerichtet, um Silber mit einer Schichtdicke von 100 nm abzuscheiden. Ferner wird die Substrattemperatur auf 220°C angehoben. Es wird Sauerstoff mit einer Flussrate von 42 sccm zugeführt. Der Elektronenstrahl wird auf Zinkoxid als Target gerichtet, um Zinkoxid mit einer Schichtdicke von 50 nm abzuscheiden. Auf diese Weise wird die erste Elektrodenschicht 21 ausgebildet. For example, the carrier substrate 27 may be placed in a coating line and then heated to 180 ° C. The electron beam is directed to sterling silver as a target to deposit silver with a layer thickness of 100 nm. Further, the substrate temperature is raised to 220 ° C. Oxygen is supplied at a flow rate of 42 sccm. The electron beam is directed to zinc oxide as a target to deposit zinc oxide with a layer thickness of 50 nm. In this way, the first electrode layer 21 is formed.
Auf der ersten Elektrodenschicht 21 wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 ausgebildet. Das Material der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 22 kann ein valenzkontrolliertes Siliziummaterial sein, zum Beispiel ein n-, ein i- oder p-Typ kristallines Silizium oder ein mikrokristallines Silizium. Unter diesem wird kristallines Silizium bevorzugt. On the first electrode layer 21 , the first photoelectric conversion element layer 22 is formed. The material of the first photoelectric conversion element layer 22 may be a valence-controlled silicon material, for example an n-, an i- or p-type crystalline silicon or a microcrystalline silicon. Among them, crystalline silicon is preferred.
Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 kann durch jegliche bekannte Techniken ausgebildet werden, zum Beispiel mittels plasmaverstärkter oder plasmageförderter CVD unter Verwendung eines plasmaverstärkenden oder plasmageförderten CVD-Geräts von flacher Gestalt (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus). The first photoelectric conversion element layer 22 may be formed by any known technique, for example, plasma enhanced or plasma enhanced CVD using a plasma enhanced or plasma enhanced flat-formed plasma enhanced CVD apparatus.
Insbesondere wird das mit der ersten Elektrodenschicht 21 versehene Trägersubstrat 27 im CVD-Gerät eingebracht und aufgeheizt. Dann wird Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode vorgesehen, um ein Plasma zu erzeugen und um dadurch dünne kristalline Siliziumschichten auszubilden. Die diesbezüglichen Betriebsbedingungen werden geeignet gewählt. Details in Bezug auf die Betriebsbedingungen sind der Tabelle 6 zu Beispiel 2 zu entnehmen. In particular, the carrier substrate 27 provided with the first electrode layer 21 is introduced and heated in the CVD apparatus. Then, high frequency energy is provided between the substrate and the cathode to generate a plasma and thereby form thin crystalline silicon layers. The related operating conditions are suitably selected. Details regarding the operating conditions can be found in Table 6 to Example 2.
Auf diese Weise wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht mit einer unebenen Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 1 µm auf der Lichtempfangsseite ausgebildet. In this way, the first photoelectric Transducer element layer having an uneven surface with a value Ry of about 1 μm is formed on the light receiving side.
Auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 wird die intermediäre oder Zwischenschicht 23 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite ausgebildet. Es werden ferner die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, die zweite Elektrodenschicht 25 und die: kammartige oder kammförmige Elektrode 26 ausgebildet, um eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung auszubilden. In the same manner as Embodiment 1, the intermediate layer 23 having an uneven surface is formed on the light receiving side. Further, the second photoelectric conversion element layer 24 , the second electrode layer 25, and the comb-like or comb-shaped electrode 26 are formed to form an embodiment of the stacked type or stacked type photoelectric conversion device of the present invention.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung weiter im Detail auf der Grundlage von Vergleichsbeispielen und von Beispielen näher erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Hereinafter, the present invention will be further described in Detail based on comparative examples and of Examples explained in more detail. The present invention is but not limited to this.
Eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung gemäß Fig. 1 wird gemäß der Erfindung hergestellt und evaluiert und ausgewertet. Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welcher von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite stapelartig in dieser Reihenfolge vorgesehen sind eine erste Elektrodenschicht 1, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2, eine intermediäre oder Zwischenschicht 3, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4, eine zweite Elektrodenschicht 5 und eine kammartige oder kammförmige Elektrode 6. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 und die intermediäre oder Zwischenschicht 3 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht. A stack-type or stacked solar cell with a stack-type or stacked photoelectric conversion device according to FIG. 1 is produced and evaluated according to the invention and evaluated. Fig. 1 is a schematic cross sectional view showing an example of a stack type photoelectric converting device according to the present invention, in which a first electrode layer 1 , a first photoelectric conversion element layer 2 , an intermediate one are provided from the side opposite to the light receiving side in a stack or intermediate layer 3 , a second photoelectric conversion element layer 4 , a second electrode layer 5 and a comb-like or comb-shaped electrode 6 . The first photoelectric conversion element layer 2 and the intermediate layer 3 have uneven surfaces on the light receiving side. Arrows in this figure indicate the light.
Als Substrat für die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ist eine (100)-orientierte einkristalline Siliziumsubstratschicht vom n-Typ (Schichtdicke etwa 450 µm) vorgesehen. Das Substrat wird einer RCA-Waschung ausgesetzt und unter Verwendung einer Mischlösung einer Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure geätzt, bis eine Schichtdicke erreicht wird, die auf 350 µm reduziert ist. As the substrate for the first photoelectric conversion element layer 2, there is provided a n-type ( 100 ) -oriented monocrystalline silicon substrate layer (layer thickness about 450 μm). The substrate is subjected to an RCA wash and etched using a mixed solution of hydrofluoric acid / nitric acid until a film thickness reduced to 350 μm is achieved.
Dann wird auf der Lichtempfangsseite des einkristallinen Siliziumsubstrats vom n-Typ mittels Nassätzung unter Verwendung einer alkalischen Lösung eine unebene Oberfläche ausgebildet. Es wird dabei insbesondere eine wässrige alkalische Lösung mit etwa 2% Natriumhydroxid verwendet, welche auf 80°C bis 85°C aufgeheizt ist. Das einkristalline Siliziumsubstrat vom n-Typ wird darin für 30 Minuten eingetaucht. Dadurch wird auf der Lichtempfangsseite des einkristallinen Siliziumsubstrats vom n-Typ eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 10 µm ausgebildet. Then, on the light receiving side of the monocrystalline Silicon substrate of the n-type by wet etching under Use of an alkaline solution an uneven surface educated. It is especially an aqueous used alkaline solution with about 2% sodium hydroxide, which is heated to 80 ° C to 85 ° C. The Single-crystal silicon substrate of n-type is left therein for 30 minutes immersed. This will be on the light receiving side of the Single-crystalline silicon substrate of n-type an uneven Surface formed with a value Ry of about 10 microns.
Dann wird eine RCA-Waschung ausgeführt, um alkalische und organische Substanzen, welche an der Oberfläche des Halbleitersubstrats vom n-Typ anhaften, zu entfernen. Es wird dann eine Halbleiterschicht vom p-Typ mittels Gasdiffusion ausgebildet. Insbesondere wird dabei das Halbleitersubstrat vom n-Typ auf 950°C bis 1000°C in einem Ofen in einer Stickstoffgasatmosphäre aufgeheizt. Dann wird Bor über das Halbleitersubstrat vom n-Typ unter Verwendung von Bortribromid (BBr3) als Diffusionsquelle diffundiert, um eine Halbleiterschicht vom p-Typ im Bereich des Halbleitersubstrats vom n-Typ auszubilden. Then, RCA washing is performed to remove alkaline and organic substances adhering to the surface of the n-type semiconductor substrate. Then, a p-type semiconductor layer is formed by gas diffusion. More specifically, the n-type semiconductor substrate is heated to 950 ° C to 1000 ° C in an oven in a nitrogen gas atmosphere. Then, boron is diffused via the n-type semiconductor substrate using boron tribromide (BBr 3 ) as a diffusion source to form a p-type semiconductor layer in the region of the n-type semiconductor substrate.
Nachfolgend wird eine Oberfläche des Halbleitersubstrats vom n-Typ mit einer Resistschicht abgedeckt, um die Siliziumoxidschicht und die Halbleiterschicht vom p-Typ auf der anderen Oberfläche durch Ätzen unter Verwendung einer Mischlösung aus Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure zu entfernen. Dann wird die Resistschicht unter Verwendung eines Resiststrippers oder Resistablösers entfernt. Ferner wird unter Verwendung der Siliziumoxidschicht, welche mittels der Resistschicht als Schutzschicht geschützt ist, Phosphor unter Verwendung von Phosphoroxidtrichlorid (POCl3) diffundiert, um eine Rückseitenfeldschicht (back surface field layer: BSF) auszubilden, welche gebildet wird von einem Halbleiter vom n+-Typ und zwar ausschließlich auf der ersten Elektrodenschichtseite des Halbleitersubstrats vom n-Typ. Nach der Phosphordiffusion wird die Siliziumoxidschicht unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure entfernt. Dadurch wird die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 auf dem Halbleitersubstrat vom n- Typ ausgebildet. Subsequently, a surface of the n-type semiconductor substrate is covered with a resist layer to remove the silicon oxide layer and the p-type semiconductor layer on the other surface by etching using a mixed solution of hydrofluoric acid / nitric acid. Then, the resist layer is removed by using a resist stripper or resist remover. Further, using the silicon oxide film protected by the resist film as a protective film, phosphorus is diffused by using phosphorus oxide trichloride (POCl 3 ) to form a back surface field layer (BSF) formed of a semiconductor of n + - Type only on the first electrode layer side of the n-type semiconductor substrate. After phosphorous diffusion, the silicon oxide layer is removed using hydrofluoric acid. Thereby, the second photoelectric conversion element layer 2 is formed on the n-type semiconductor substrate.
Dann wird die erste Elektrodenschicht 1 aus Titan (Ti)/Palladium (Pd)/Silber (Ag) mittels Elektronenstrahlabscheidung auf dem Halbleitersubstrat vom n-Typ ausgebildet. Then, the first electrode layer 1 of titanium (Ti) / palladium (Pd) / silver (Ag) is formed by electron beam deposition on the n-type semiconductor substrate.
Nachfolgend wird die intermediäre oder Zwischenschicht 3 aus Zinkoxid mit Gallium (Ga) mittels Sputtern ausgebildet. Insbesondere wird dabei das mit der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 versehene Halbleitersubstrat vom n-Typ in einer Sputteranlage platziert und auf 200°C aufgeheizt. Dann wird der Gesamtdruck in dem Gerät auf 0,8 Pa eingestellt. Es wird eine DC-Vorspannung von 500 V zwischen dem Substrat und der Kathode (unter Verwendung von Zinkoxid mit 5% Gallium als Target) angelegt. Dadurch wird die intermediäre oder Zwischenschicht mit einer Schichtstärke von etwa 500 nm ausgebildet. Subsequently, the intermediate or intermediate layer 3 of zinc oxide with gallium (Ga) is formed by sputtering. Specifically, in this case, the n-type semiconductor substrate provided with the first photoelectric conversion element layer 2 is placed in a sputtering apparatus and heated to 200 ° C. Then, the total pressure in the apparatus is set to 0.8 Pa. A DC bias of 500V is applied between the substrate and the cathode (using 5% gallium zinc oxide as the target). As a result, the intermediate or intermediate layer is formed with a layer thickness of about 500 nm.
Dann wird auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 mittels Nassätzung eine unebene Oberfläche ausgebildet. Dabei wird insbesondere das mit der intermediären oder Zwischenschicht 3 versehene Halbleitersubstrat vom n-Typ in eine wässrige Säurelösung mit 0,5 Gew.-% für etwa 150 Sekunden eingetaucht. Dadurch wird auf der gesamten Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 300 nm ausgebildet. Then, an uneven surface is formed on the light receiving side of the intermediate or intermediate layer 3 by wet etching. In particular, the n-type semiconductor substrate provided with the intermediate or intermediate layer 3 is immersed in an aqueous acid solution of 0.5 wt% for about 150 seconds. As a result, an uneven surface having a value Ry of about 300 nm is formed on the entire light receiving side of the intermediate or intermediate layer 3 .
Nachfolgend werden dann amorphe Siliziumschichten mit den
Leitfähigkeittypen oder Leitungstypen n, i und p in
Abfolge auf der intermediären oder Zwischenschicht 3 durch
plasmaverstärktes CVD ausgebildet, um eine zweite
fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 auszubilden.
Insbesondere wird dabei das mit der intermediären Zwischenschicht
3 mit der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite
versehene einkristalline Siliziumsubstrat vom n-Typ in
einer plasmaverstärkten oder plasmaverstärkenden CVD-
Anlage von flacher Gestalt (flat-shaped plasma enhanced
CVD-apparatus) platziert und dort unter den in Tabelle 4
beschriebenen Bedingungen aufgeheizt. Dann wird
Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode
angelegt, um ein Plasma zu erzeugen und dadurch die dünnen
amorphen Siliziumschichten auszubilden.
Tabelle 4
Subsequently, amorphous silicon layers having the conductivity types or conductivity types n, i and p are formed in sequence on the intermediate layer 3 by plasma-enhanced CVD to form a second photoelectric conversion element layer 4 . Specifically, the n-type single crystal silicon substrate provided with the intermediate surface layer 3 having the uneven surface on the light receiving side is placed in a flat-shaped plasma enhanced (CVD) plasma enhanced plasma enhanced CVD apparatus Table 4 described conditions heated. Then, high frequency energy is applied between the substrate and the cathode to generate a plasma and thereby form the thin amorphous silicon layers. Table 4
Dann wird die zweite Elektrodenschicht 5 auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 durch Sputtern ausgebildet. Insbesondere wird dabei das mit der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 versehene Halbleitersubstrat in eine Sputteranlage eingebracht und auf 220°C aufgeheizt. Dann werden Sauerstoff und Argon mit Flussraten von 1,4 sccm bzw. 250 sccm zugeführt, wobei der Gasdruck in der Apparatur auf 3,8 Pa eingestellt und eine DC-Vorspannung von 450 V zwischen dem Substrat und der Kathode (ITO) angelegt wird. Dadurch wird die zweite Elektrodenschicht 5 mit einer Schichtdicke von 60 nm ausgebildet. Then, the second electrode layer 5 is formed on the second photoelectric conversion element layer 4 by sputtering. In particular, the semiconductor substrate provided with the second photoelectric conversion element layer 4 is introduced into a sputtering apparatus and heated to 220.degree. Then, oxygen and argon are supplied at flow rates of 1.4 sccm and 250 sccm, respectively, with the gas pressure in the apparatus being set at 3.8 Pa and a DC bias of 450 V being applied between the substrate and the cathode (ITO). As a result, the second electrode layer 5 is formed with a layer thickness of 60 nm.
Nachfolgend wird die kammartige oder kammförmige Elektrode 6 auf der zweiten Elektrodenschicht 5 mittels Elektronenstrahlabscheidung unter Verwendung einer Metallmaske ausgebildet. Insbesondere wird dabei das mit der zweiten Elektrodenschicht 5 versehene Halbleitersubstrat vom n-Typ in eine Sputteranlage zusammen mit einer Metallmaske, welche auf dem Substrat angeordnet ist, eingebracht und auf 180°C aufgeheizt. Dann wird Sterlingsilber als Abscheidungsquelle mittels Elektronenstrahlbestrahlung geschmolzen, um Silber selektiv auf die zweite Elektrodenschicht 5 aufzubringen. Dadurch wird die kammartige oder kammförmige Elektrode 6 mit einer Schichtdicke von 500 nm ausgebildet. Subsequently, the comb-like or comb-shaped electrode 6 is formed on the second electrode layer 5 by electron beam deposition using a metal mask. In particular, the n-type semiconductor substrate provided with the second electrode layer 5 is introduced into a sputtering apparatus together with a metal mask disposed on the substrate and heated to 180 ° C. Then, sterling silver as a deposition source is melted by electron beam irradiation to selectively deposit silver on the second electrode layer 5 . As a result, the comb-like or comb-shaped electrode 6 is formed with a layer thickness of 500 nm.
Zu einer stapelartigen oder stapelförmigen Solarzelle mit der so ausgebildeten oder hergestellten stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird Pseudolicht (pseudo-light) mit AM 1,5 und 100 mW/cm zugeführt, um den Wandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie zu messen. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. To a stacked or stacked solar cell with the thus formed or prepared stacked or stacked photoelectric conversion device becomes pseudo-light with AM 1.5 and 100 mW / cm fed to the conversion efficiency with respect to to measure optical energy. The results thus obtained are shown in Table 5.
Es wird eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung in derselben Art und Weise hergestellt und ausgebildet, wie beim Beispiel 1, außer dass die unebene Oberfläche nicht auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird, sondern ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht. Es wird dann der Wandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. It becomes a stacked or stacked solar cell with a stacked or stacked Photoelectric conversion device in the same manner made and formed as in Example 1, except that the uneven surface is not on the light receiving side the first photoelectric conversion element layer is trained, but exclusively on the Light receiving side of the intermediate or intermediate layer. It will be then the conversion efficiency with respect to the optical Energy measured. The measurement results are in Table 5 shown.
Eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer
stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen
Wandlereinrichtung wird ausgebildet in derselben Art und Weise
wie beim Beispiel 1, außer dass die unebene Oberfläche
ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der ersten
fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird und
dass die Oberfläche der intermediären oder Zwischenschicht
auf der Lichtempfangsseite eben oder flach ausgebildet
wird. Dann wurde der Umwandlungswirkungsgrad in Bezug auf
die optische Energie gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
A stacked or stacked solar cell having a stacked or stacked photoelectric conversion device is formed in the same manner as in Example 1 except that the uneven surface is formed exclusively on the light receiving side of the first photoelectric conversion element layer and the surface of the intermediate or intermediate layer on the light receiving side flat or flat. Then, the conversion efficiency with respect to the optical energy was measured. The results obtained are shown in Table 5. Table 5
Die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse verdeutlichen, dass eine höhere Kurzschlussstromdichte erreicht werden kann durch Ausbilden der unebenen Oberflächen auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und der intermediären oder Zwischenschicht. The results shown in Table 5 illustrate that a higher short-circuit current density can be achieved by forming the uneven surfaces on the Light receiving side of the first photoelectric Transducer element layer and the intermediate or intermediate layer.
Die stapelartige oder stapelförmige Substratzelle des Beispiels 1 weist zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten auf. Es kann jedoch erwartet werden, dass die stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit weiteren fotoelektrischen Wandlerelementschichten den gleichen Effekt zeigt. The stacked or stacked substrate cell of the Example 1 has two photoelectric Transducer element layers on. However, it can be expected that the stack-like or stacked solar cell with further Photoelectric converter element layers the same Effect shows.
Es wird einen stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen stapelartigen oder stapelförmigen elektrischen Wandlereinrichtung gemäß Fig. 2 ausgebildet, hergestellt und ausgewertet oder evaluiert. Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein erfindungsgemäßes Beispiel einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung zeigt, bei welcher von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite in dieser Reihenfolge stapelartig oder stapelförmig übereinander angeordnet sind, ein Trägersubstrat 27, eine erste Elektrodenschicht 21, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22, eine intermediäre oder Zwischenschicht 23, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, eine zweite Elektrodenschicht 25 sowie eine kammartige oder kammförmige Elektrode 26. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 und die intermediäre Zwischenschicht 23 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht. A stacked or stacked solar cell with a stacked or stacked electrical converter device according to the invention as shown in FIG. 2 is formed, manufactured and evaluated or evaluated. Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a stack type photoelectric converting device in which stacks of the light receiving side are stacked in this order, a supporting substrate 27 , a first electrode layer 21 , a first photoelectric Transducer element layer 22 , an intermediate or intermediate layer 23 , a second photoelectric conversion element layer 24 , a second electrode layer 25 and a comb-like or comb-shaped electrode 26th The first photoelectric conversion element layer 22 and the intermediate intermediate layer 23 have uneven surfaces on the light receiving side. Arrows in this figure indicate the light.
Als Trägersubstrat 27 wurde ein Glassubstrat (hergestellt durch Corning, Nr. 7059) verwendet und mittels reinem Wasser gewaschen. As a supporting substrate 27 , a glass substrate (manufactured by Corning, No. 7059) was used and washed by pure water.
Dann wurden Silber und Zinkoxid (ZnO) auf das Trägersubstrat 27 aufeinander folgend mittels Elektronenstrahlabscheidung aufgebracht, um die erste Elektrodenschicht 21 auszubilden. Dabei wurde insbesondere das Trägersubstrat 27 in einer Abscheidungsanlage eingebracht und auf 180°C aufgeheizt. Dann wurde ein Elektronenstrahl auf Sterlingsilber als Target gerichtet, um Silber in einer Stärke von 100 nm abzuscheiden. Nachfolgend wurde dann die Substrattemperatur auf 220°C angehoben. Dann wurde Sauerstoff mit einer Flussrate von 42 sccm zugeführt. Der Elektronenstrahl wurde auf Zinkoxid als Target gerichtet, um Zinkoxid mit einer Schichtdicke von 50 nm abzuscheiden. Auf diese Art und Weise wurde die erste Elektrodenschicht 21 ausgebildet. Then, silver and zinc oxide (ZnO) were sequentially deposited on the support substrate 27 by electron beam deposition to form the first electrode layer 21 . In particular, the carrier substrate 27 was introduced in a deposition plant and heated to 180 ° C. Then, an electron beam was irradiated on a sterling silver as a target to precipitate silver at a thickness of 100 nm. Subsequently, the substrate temperature was then raised to 220 ° C. Then, oxygen was supplied at a flow rate of 42 sccm. The electron beam was aimed at zinc oxide as a target to deposit zinc oxide with a layer thickness of 50 nm. In this way, the first electrode layer 21 was formed.
Nachfolgend wurden dann kristalline Siliziumschichten mit
den Leitungstypen oder Leitfähigkeitstypen n, i und p
aufeinander folgend auf der ersten Elektrodenschicht 21
mittels plasmaverstärkter CVD abgeschieden, um die erste
fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 auszubilden.
Dabei wurde insbesondere das mit der ersten
Elektrodenschicht 21 versehene Substrat 27 in einer
plasmaverstärkten oder plasmaverstärkenden CVD-Apparatur von flacher
Gestalt (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus)
eingebracht. Unter den in Tabelle 6 beschriebenen Bedingungen
wurde dann aufgeheizt. Nachfolgend wurde dann
Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode
ausgebildet, um ein Plasma zu erzeugen. Dadurch werden die
dünnen kristallinen Siliziumschichten ausgebildet. Auf
diese Art und Weise wird die erste fotoelektrische
Wandlerelementschicht 22 mit einer unebenen Oberfläche mit
einem Wert Ry von etwa 1 µm auf der Lichtempfangsseite
erhalten.
Tabelle 6
Subsequently, crystalline silicon films of the conductivity types n, i and p were sequentially deposited on the first electrode layer 21 by plasma enhanced CVD to form the first photoelectric conversion element layer 22 . In particular, the substrate 27 provided with the first electrode layer 21 was incorporated in a plasma-enhanced or plasma-enhanced CVD apparatus of flat shape (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus). The conditions described in Table 6 were then heated. Subsequently, radio frequency energy was then formed between the substrate and the cathode to produce a plasma. As a result, the thin crystalline silicon layers are formed. In this way, the first photoelectric conversion element layer 22 having an uneven surface having a value Ry of about 1 μm on the light receiving side is obtained. Table 6
Nachfolgend wurden die intermediäre oder Zwischenschicht 23 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, die zweite Elektrodenschicht 25, sowie die kammartige oder kammförmige Elektrode 26, wie beim Beispiel 1 ausgebildet, um die erfindungsgemäße stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zu erhalten. Subsequently, the intermediate or intermediate layer 23 having an uneven surface on the light receiving side, the second photoelectric conversion element layer 24 , the second electrode layer 25 , and the comb-like or comb-shaped electrode 26 were formed as in Example 1 to obtain the stacked or stacked photoelectric conversion device of the present invention ,
In dieser stapelartigen oder stapelförmigen Solarzelle mit der so hergestellten stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird Pseudolicht mit AM 1,5 und 100 mW/cm zugeführt, um den Wandlungswirkungsgrad im Hinblick auf die optische Energie zu messen. Die erhaltenen Messergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. In this stacked or stacked solar cell with the thus prepared stacked or stacked Photoelectric conversion device is pseudo-light with AM 1.5 and 100 mW / cm fed to the Conversion efficiency with respect to the optical energy to measure. The obtained measurement results are shown in Table 7.
Es wird eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wie beim Beispiel 2 ausgebildet, außer dass die unebene Oberfläche nicht auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird, sondern ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht. Der Umwandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie wurde gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. It becomes a stacked or stacked solar cell with a stacked or stacked Photoelectric conversion device as in Example 2, except that the uneven surface is not on the Light receiving side of the first photoelectric Transducer element layer is formed, but exclusively on the Light receiving side of the intermediate or intermediate layer. The conversion efficiency with respect to the optical Energy was measured. The results obtained are in Table 7 is shown.
Es wird eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle
mit einer stapelartigen oder stapelförmigen
fotoelektrischen Wandlereinrichtung wie beim Beispiel 2 hergestellt,
außer dass die unebene Oberfläche ausschließlich auf der
Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen
Wandlerelementschicht ausgebildet wird und dass die Oberfläche der
intermediären oder Zwischenschicht auf der
Lichtempfangsseite eben oder flach ausgebildet wird. Dann wird der
Umwandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie
gemessen. Die erhaltenen Messergebnisse sind in Tabelle 7
dargestellt.
Tabelle 7
A stack-type or stacked type solar cell having a stacked or stacked photoelectric conversion device as in Example 2 except that the uneven surface is formed exclusively on the light receiving side of the first photoelectric conversion element layer and the surface of the intermediate layer is formed flat or flat on the light receiving side becomes. Then, the conversion efficiency with respect to the optical energy is measured. The results obtained are shown in Table 7. Table 7
Die in Tabelle 7 gezeigten Ergebnisse zeigen dass eine höherer Kurzschlussstromdichte erhalten werden kann durch Ausbilden der unebenen Oberflächen auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und der intermediären oder Zwischenschicht. The results shown in Table 7 show that a higher short-circuit current density can be obtained by Forming the uneven surfaces on the Light receiving side of the first photoelectric conversion element layer and the intermediate or intermediate layer.
Die stapelartige oder stapelförmige Solarzelle aus Beispiel 2 weist zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten auf. Jedoch kann erwartet werden, dass eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit weiteren fotoelektrischen Wandlerelementschichten dieselben Eigenschaften oder Wirkungen aufweist. The stack-like or stacked solar cell off Example 2 has two photoelectric conversion element layers on. However, it can be expected to be a batch or stacked solar cell with other photoelectric conversion element layers the same properties or Has effects.
Gemäß der erfindungsgemäßen stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung oder des stapelartigen oder stapelförmigen elektrischen Wandlers weist die intermediäre oder Zwischenschicht unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite und der Lichtausgangsseite auf, wobei die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite eine größere gemittelte oder mittlere Höhendifferenz oder Niveaudifferenz aufweist als die unebene Oberfläche der Lichtempfangsseite. According to the inventive stacked or stacked photoelectric conversion device or the has stacked or stacked electrical transducer the intermediate or intermediate layer uneven surfaces on the light receiving side and the light output side, the uneven surface on the light output side a greater average or mean height difference or Level difference has as the uneven surface of the Light-receiving side.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite aufweist und dass die intermediäre oder Zwischenschicht ebenfalls eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite aufweist, welche einen kleineren Wert Ry (gemittelte oder mittlere Höhendifferenz oder Niveaudifferenz) aufweist als die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht. Daher steigt die externe Stromdichte an, und die pro Flächeneinheit erzeugte Energiemenge steigt ebenfalls an. Dies führt zu einer Kostenreduktion bei der Energieerzeugung. In other words, that means the first one Photoelectric conversion element layer an uneven surface on the light receiving side and that the intermediary or intermediate layer also an uneven Surface on the light receiving side, which has a smaller value Ry (average or mean height difference or level difference) than the first one Photoelectric conversion element layer. Therefore, the external increases Current density, and generated per unit area Energy quantity is also increasing. This leads to a Cost reduction in energy production.
Claims (10)
mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht angeordnet sind,
mit mindestens einer Zwischenschicht, welche zwischen zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten angeordnet ist,
wobei die Zwischenschicht unebene Oberflächen auf einer Lichtempfangsseite und auf einer Lichtausgangsseite aufweist und
wobei die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite einen größeren oder stärkeren mittleren Höhenunterschied oder Niveauunterschied aufweist als die Oberfläche der Lichtempfangsseite. 1. Stack-shaped photoelectric converter with:
at least two photoelectric conversion element layers, which are arranged between a first electrode layer and a light-receiving second electrode layer,
with at least one intermediate layer, which is arranged between two of the at least two photoelectric converter element layers,
wherein the intermediate layer has uneven surfaces on a light receiving side and on a light output side, and
wherein the uneven surface on the light output side has a greater or greater average height difference or level difference than the surface of the light receiving side.
ein Trägersubstrat,
eine erste Elektrodenschicht,
eine fotoelektrische Wandlerelementschicht,
eine Zwischenschicht,
eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und
eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht, welche alle in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt angeordnet sind. 8. A photoelectric conversion device according to one of the preceding claims, comprising:
a carrier substrate,
a first electrode layer,
a photoelectric conversion element layer,
an intermediate layer,
a second photoelectric conversion element layer and
a light-receiving second electrode layer, all of which are stacked one above the other in this order.
eine erste Elektrodenschicht,
eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht,
eine Zwischenschicht,
eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und
eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht,
welche alle in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt angeordnet sind. A photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 7, which comprises:
a first electrode layer,
a first photoelectric conversion element layer,
an intermediate layer,
a second photoelectric conversion element layer and
a light-receiving second electrode layer,
which are all stacked in this order.
bei welcher die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht aus einem kristallinen Siliziumsubstrat gebildet ist und
bei welcher die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht aus einem amorphen Siliziumsubstrat gebildet ist. 10. Photoelectric conversion device according to one of claims 8 or 9,
wherein the first photoelectric conversion element layer is formed of a crystalline silicon substrate and
wherein the second photoelectric conversion element layer is formed of an amorphous silicon substrate.
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